增密减氮对不同类型水稻品种产量、资源利用效率和稻米品质的影响

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如何协同提高产量、资源利用效率和稻米品质是我国水稻生产面临的主要挑战。增施氮肥对水稻增产的贡献较大,然而近年来,氮肥的过量施用现象较为普遍,这导致水稻氮利用效率下降和稻米品质变劣,此外,还带来了一系列的环境问题。因此,减少氮肥投入可能是解决上述问题的有效途径,然而减少氮肥投入增加了水稻产量损失的风险,因此在减氮投入下探究合理的栽培措施保障水稻产量非常重要。增加种植密度可以通过增加有效穗数提高水稻产量,然而,在减氮投入下增加种植密度(即增密减氮栽培)能否实现高产、优质和高效的协同提高尚不得而知,另外,增密对减氮导致的杂交稻和常规稻的产量损失的补偿效应仍不清楚。为此,我们于2019和2020年在长江大学高新技术园区进行大田试验。试验采用裂-裂区设计,以籼粳杂交稻(甬优4949)、超级杂交籼稻(扬两优6号)和常规籼稻(黄华占)为供试材料,设置正常氮肥(180 kg N ha-1)和减氮(90 kg N ha-1)两个施氮水平,正常密度(30 cm×15 cm)和增密(20 cm×15 cm)2个移栽密度处理。研究结果如下:(1)减氮处理显著减少了单位面积穗数、总颖花数和总干重,因此导致了显著的产量损失。而增加种植密度显著增加产量,主要是因为提高了单位面积穗数。研究还表明,不论是在高氮和低氮处理下,增加种植密度对杂交稻的增产效应均显著高于常规稻,表明杂交稻在增密下仍具有较高的产量。此外,增加种植密度在减氮条件下的增产效果比在正常氮肥处理下的增产效果高6.4-22.2%。另外,研究还表明,增密减氮处理的产量与正常氮肥正常密度处理相比差异不显著,因此增密减氮栽培能够实现水稻的高产和稳产。(2)正常密度处理下减氮分别导致甬优4949、扬两优6号和黄华占的产量损失为1.54、1.25和1.34 t ha-1,而在减氮下增加种植密度分别使三个品种增产1.27、1.47和0.58t ha-1,因此增密对甬优4949、扬两优6号和黄华占因减氮导致的产量损失的补偿效应分别为82.7%,117.6%和43.1%,因此增密对杂交稻的补偿效应高于常规稻。此外,研究还表明,增密减氮处理的产量与正常氮正常密度处理的产量呈显著正相关关系(R~2=0.61),表明在一般高产条件下表现较好的品种在增密减氮栽培下一般也能获得较高的产量。(3)减氮处理分别使总氮吸收、积温和辐射利用效率降低22.2%,8.7%和9.0%,但是显著增加了氮肥偏生产力(76.1%)和籽粒氮素生产效率(13.2%)。增加种植密度分别使氮肥偏生产力、籽粒氮素生产效率、积温和辐射利用效率提高11.5%、17.5%、10.8%和9.9%。相比于正常施氮正常密度处理,增密减氮处理下甬优4949的氮肥偏生产力、籽粒氮肥利用率、积温利用率和辐射利用率分别增加94.7%、21.9%、1.8%和0.8%,扬两优6号的相应增加率分别为104.9%、33.8%、5.4%和4.0%,黄华占的相应增加率分别为81.7%、17.4%、-8.5%和-7.9%。因此,增密减氮栽培有利于增加水稻的资源利用效率,尤其是对杂交稻的增加效应大于常规稻。(4)减氮处理显著降低水稻垩白粒率和垩白度,降低幅度分别为16.4%和12.1%,因而有利于提高水稻外观品质。增加种植密度降低水稻整精米率,增加垩白粒率,但降低垩白度。此外,在减氮处理下增加种植密度均显著降低了稻米直链淀粉含量,分别使甬优4949、扬两优6和黄华占降低9.5%、6.9%和12.6%,但在正常氮处理下增加种植密度均使供试品种稻米直链淀粉含量提高。此外,增加种植密度和减施氮肥均能有效降低水稻籽粒蛋白含量,且后者对籽粒蛋白含量的影响效应大于前者。与正常氮肥和正常密度相比,增密减氮栽培处理显著降低了三个品种的垩白度、籽粒蛋白含量和直链淀粉含量,因而有利于提高稻米的外观品质和蒸煮食味品质。综上所述,增密减氮栽培有利于协同提高水稻的产量、资源利用效率和稻米品质,且杂交稻在增密减氮下的表现优于常规稻,表明在目前生产上,需要较大空间发挥产量潜力的杂交稻同样也适合减氮栽培模式。
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